CN101019273A - 天线装置和包括该天线装置的便携式无线电通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供天线装置和包括该天线装置的便携式无线电通信装置。本发明包括用于至少可以在第一频带和第二频带中工作的便携式无线电通信装置的天线装置。该天线装置包括：第一导电辐射元件，其具有馈电部分，所述馈电部分可以连接到无线电通信装置的馈电装置(RF)以馈送并接收射频信号；与第一辐射元件隔开设置的第一接地面部分；第二接地面部分；以及可控开关，其设置在第一接地面部分与第二接地面部分之间以选择性地将第一接地面部分与第二接地面部分互连或断开。

Description

天线装置和包括该天线装置的便携式无线电通信装置
技术领域
本发明总体上涉及一种天线装置，更具体地涉及一种用于诸如移动电话的便携式无线电通信装置的可控内部多频带天线装置。本发明还涉及包括该天线装置的便携式无线电通信装置。
背景技术
将内部天线用于便携式无线电通信装置已经有一段时间。有许多与使用内部天线相关联的优点，可以列出以下优点：其小且轻，使得它们适合于尺寸和重量很重要的应用，例如移动电话中的应用。经常用于便携式无线电通信装置的一类内部天线是所谓的平面倒F天线(PIFA)。
然而，在移动电话中应用内部天线给天线结构带来一些限制，比如辐射元件的尺寸、馈电部分和接地部分的精确定位等。这些限制可能使得很难找到提供宽工作频带的天线结构。这对于希望进行多频带工作的天线(其中天线适于在两个或更多个分隔开的频带中工作)尤为重要。在典型的双频带电话中，低频带的中心在900MHz(所谓的GSM900频带)，而高频带的中心在1800MHz或1900MHz附近(分别是DCS和PCS频带)。如果使得天线装置的高频带足够宽、覆盖1800MHz和1900MHz这两个频带，则获得在三个不同的标准频带下工作的电话。在不久的将来，可能出现在四个甚至更多个不同频带下工作的天线装置。
无源天线中的频带数量受到天线尺寸的限制。为了能够进一步增大频带数量和/或减小天线尺寸，可以使用有源频率控制。在日本10190347号专利摘要中公开了有源频率控制的示例，其公开了一种能够处理多个频率的接线(patch)天线装置。为此，提供了基本接线部分和附加接线部分，它们通过PIN二极管互相连接，PIN二极管被设置成选择性地互连和断开这些接线部分。虽然这提供了频率控制，但是，天线装置仍然具有很大的尺寸，不太适于在两个或更多个相对分隔开的频带之间(例如在GSM与DAMSP和/或DCS与PCS频带之间)进行切换。
然而，该现有技术装置的示例很典型：已经利用接入和断开附加接线来进行调谐，而不是与第一频带隔开地创建附加频带。
日本特开2000-236209号公报的专利摘要公开了一种包括线性导体或位于介电基板上的单极天线，参见图1。天线的辐射部分包括通过二极管开关电路相连接的至少两个金属片。辐射元件具有连接到滤波电路一端的馈电点，该滤波电路截止高频信号。信号VSwitch用于控制二极管开关。所公开的结构仅限于单极或双极天线。此外，根据上述日本文献的天线的目的并不是提供小尺寸的天线。
因此，现有技术的天线装置的问题在于，提供一种PIFA类型的多频带天线，其尺寸和体积小、频带宽，并保持良好的性能。
发明内容
本发明的主要目的是提供至少减轻以上问题的装置和方法。
本发明的一个目的是提供一种最初提到的类型的天线装置，其中频率特性提供至少两个相对较宽的频带，同时天线装置的总尺寸较小。
另一个目的是提供一种多频带性能优于现有技术装置的天线装置。
本发明基于以下认识：通过设置天线以使得可以通过控制开关来控制辐射元件的有效频带，从而可以在物理上很小的天线中提供几个频带。即，通过操作所述开关，可以在第一模式中将辐射元件调谐到第一频带或第一频带组，并且在第二模式中将其调谐到第二频带或第二频带组。
由本申请的同一申请人在瑞典提出的专利申请SE0301200-2、SE0302979-0和SE0400203-6涉及与本发明类似的内容，因此通过此引用将其并入。同一申请人与本申请同日在瑞典提出的同时申请也涉及相同领域，因此也通过此引用将其并入。
已经提出了应将辐射元件划分为两部分、并用开关将其连接以实现以上目的。这样的开关元件可以是二极管。然而，二极管并不是理想的部件，这是由于已经发现二极管可能导致在一些标准中可能不容许的剧烈谐波。本发明人已发现，通过将二极管即开关设置在接地面上(在接地面中，二极管中的电流比在将二极管设置在辐射元件上的情况下的二极管中的电流小很多)，这些谐波一点也不干扰，并且设计保持在不同标准定义的限制内的天线较为容易。
通过将二极管设置在接地面上，不会传递二极管中的电流产生的谐波，这是因为这些谐波被激励附近的接地所陷波。
这样，提供一种多频带天线装置，该多频带天线装置的天线体积小至大约2cm3，这意味着天线尺寸与标准的多频带接线天线相比显著减小，但仍然保持或改进了RF性能。并且，与对应的现有技术装置相比，根据本发明的天线装置的带宽可以得到提高，而不会增加尺寸，这被认为是使用天线结构的基频模式的结果。作为其示例，与常规的现有技术天线装置中的9至10％相比，可以获得高频带的中心频率的多至15％的带宽。
根据本发明的第一方面，通过用于至少可以在第一频带和第二频带中工作的便携式无线电通信装置的天线装置来实现这些和其他目的，该天线装置包括：第一导电辐射元件，其具有馈电部分，所述馈电部分可以连接到无线电通信装置的馈电装置(RF)以馈送并接收射频信号；与第一辐射元件隔开设置的第一接地面部分；第二接地面部分；以及可控开关，其设置在第一接地面部分与第二接地面部分之间以选择性地将第一接地面部分与第二接地面部分互连或断开。
根据本发明的第二方面，通过实现天线的多频带特性的方法来实现以上和其他目的，所述天线具有设置在第一接地面部分和第二接地面部分的上方的至少一个辐射元件，其中所述辐射元件连接到第一接地面部分，所述方法包括以下步骤：将射频信号馈送到辐射元件；并且对设置在第一接地面部分与第二接地面部分之间的开关进行操作，其中，在第一模式中使开关对射频信号开路，在第二模式中使开关对射频信号闭路，以改变天线的有效工作频带。
根据本发明的第三方面，通过包括上述天线装置的便携式无线电通信装置来实现以上和其他目的。
通过将接地面划分为两部分并且用开关连接这两部分，可以控制接地面的结构，并由此控制天线的谐振频率。
根据本发明的一个变型例，开关包括PIN二极管。
根据本发明的一个变型例，通过控制电压输入(VSwitch)来控制开关的状态。
通过将PIN二极管用作开关，可以容易地通过提供电压输入来控制开关的状态。
根据本发明的一个变型例，在第一接地面部分与第二接地面部分之间连接有高通滤波器，该高通滤波器允许射频信号通过。这提供了在接地面中具有长度可控的裂缝(slit)的可能性。
根据本发明的一个变型例，辐射元件大致为平面。
根据本发明的一个变型例，第一接地面部分和第二接地面部分法线平行地设置在同一平面中。即，两个接地面部分并排地设置在辐射元件下方。
根据本发明的一个变型例，第一接地面部分和第二接地面部分被设置为法线大致正交的大致正交关系。即，第一接地面部分设置在大致整个辐射元件的下方，第二接地面部分设置在第一接地面部分和辐射元件的侧面。
根据本发明的一个变型例，第二接地面部分包括用于向开关馈送控制电压的馈电部分。该馈电部分可以连接到无线电通信装置中的控制逻辑，从而无线电通信装置可以选择天线应当采用哪个工作模式。
根据本发明的一个变型例，在用于向开关馈送控制电压的馈电部分与第二接地面部分之间设置有滤波器。
根据本发明的一个变型例，所述滤波器是低通滤波器，其阻断频率等于和高于至少第一频带和第二频带中的较低频带的信号。这防止高频信号到达连接到馈电部分的控制逻辑。
根据本发明的一个变型例，天线包括第二辐射元件。该辐射元件可以有不同设计以实现理想频率的谐振。
根据本发明的一个变型例，第一辐射元件和/或第二辐射元件具有提供多于一个的谐振频率的结构。根据公知常识，可以将PIFA天线设计为在两个不同频带谐振。通过对开关进行操作，由此可以获得在四个不同频带中工作的天线。
根据本发明的一个变型例，第一辐射元件包括到第一接地面部分的连接部。
根据以下对本发明实施例的详细描述，本发明的进一步特征及其优点将显而易见。
附图说明
根据本文以下给出的对本发明实施例的详细描述以及附图1到5(它们只是作为示例而给出，因此不是对本发明的限制)，可以更充分地理解本发明。
图1是包括开关的本发明第一变型例的示意性立体图。
图2是本发明第二变型例的示意性立体图，其中使用二极管来实现开关。
图3是本发明第三变型例的示意性立体图，其中使用二极管来实现开关并且存在电容器。
图4是本发明第四变型例的示意性立体图，其中使用二极管来实现开关并且接地面出现折叠。
图5是本发明第五变型例的示意性立体图，其中使用二极管和电容器来实现开关并且接地面出现折叠。
具体实施方式
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，出于说明而不是限制的目的，对诸如具体技术和应用的具体细节进行阐述。然而，本领域技术人员容易想到可以按脱离这些具体细节的其他实施例来实施本发明。在其他例子中，略去对公知方法和装置的详细描述，从而不会由于不必要的细节而使得对本发明的描述模糊。
图1是本发明第一变型例的示意性立体图，示出了具有馈电点102的辐射元件101，馈电点102可以连接到射频信号馈电部分103，例如便携式无线电通信装置(未示出)。虽然将辐射元件101示出为大致矩形的片，但是如现有技术中进行了很多论述的，辐射元件101可以采用调谐到理想频带的其他形式。这些形式包括U形、E形、W形、曲折形或任何其他合适的形状，并且可以包括有源或无源部件。辐射元件101甚至可以包括由电感器、电容器或诸如二极管的有源部件连接的几个部分。然而，它通常是平面的，但可以包括折叠为向接地面突出的部分。
辐射元件101经由108连接到第一接地面部分104。第一接地面部分104通过接地连接部105连接到便携式无线电通信装置的接地。第一接地面部分还通过开关107连接到第二接地面部分106。该天线基本上是具有可调接地面结构的平面倒F天线。当开关107开路时，辐射元件101将第一接地面部分104当作完整的接地面，但是当开关107闭路时，辐射元件101将第一接地面部分104和第二接地面部分106的组合当作完整的接地面。这会影响天线的谐振频率的位置。
因此，通过对开关107进行操作，可以将天线在两个不同工作模式之间切换。例如，当开关断开时，可以将天线调谐为具有两个调谐频率，例如850Mhz和1800Mhz(对应于DAMPS和DCS标准)，当开关接通时，可以将天线调谐为具有两个其他调谐频率，例如900Mhz和1900Mhz(对应于GSM和PCS标准)。这样，获得能够在四个不同频带中进行通信的天线。
图2是本发明第二变型例的示意性立体图，其中使用二极管201来实现开关。图1和图2中的类似细节用相同的附图标记来表示。第二接地面部分设置有DC馈电点202，DC馈电点202通过低通滤波器204连接到可控DC馈电部分203。可以将该DC馈电部分控制为采用两个不同电压，第一电压是0伏特，第二电压(VSwitch)在1伏特与5伏特之间。当不向馈电点202施加电压时，二极管201开路，第一接地面部分104和第二接地面部分106中的电流不能在这两个接地面部分之间流动，因此只有第一接地面部分104通过连接部108连接到辐射元件101。
当向第二接地面部分106施加VSwitch时，二极管201导通，在第一接地面部分104与第二接地面部分106之间基本上提供短路。这样，第一接地面部分和第二接地面部分二者都通过连接部108和二极管201而连接到辐射元件101。
结果，可以通过向第二接地面部分106施加电压来控制接地面的结构，从而控制天线的谐振频率。
图3是本发明第三变型例的示意性立体图。用与图2中相同的附图标记来表示相似的细节。在该变型例中，用诸如电容器的DC阻断器301来连接第一接地面部分104和第二接地面部分106。这样，无论二极管201的模式如何，对于射频信号，第一接地面部分和第二接地面部分都由允许RF信号通过的DC阻断器相连接。该结构类似于在接地面具有裂缝并且其中可以通过施加VSwitch来控制裂缝的尺寸。
图4是本发明第四变型例的示意性立体图。用与图2中相同的附图标记来表示相似的细节。如在图4中清楚可见的，第二接地面部分401的朝向与第一接地面部分104的朝向为大致正交的关系。二极管402连接第一接地面部分和第二接地面部分，DC馈电点403连接到DC电压404以提供电压VSwitch来对开关402进行操作。
通过使第二接地面部分401与第一接地面部分104正交，可以将第一接地面部分设置为基本覆盖辐射元件101的整个区域。这是有益的，因为它减少了沿第一接地面部分104的方向的辐射，当在便携式无线电通信装置中实施该天线时，沿第一接地面部分104的方向通常是人头部的方向。因此，该设置减少了SAR。
图5是本实施例第五变型例的示意性立体图，其中与结合图3描述的变型例相似，在第一接地部分与第二接地部分之间设置有诸如电容器的DC阻断器501。用与图4中相同的附图标记来表示相似的细节。
显然，可以按多种方式来修改本发明。第二接地面部分例如可以与辐射元件并排设置，或者可以按第一部分与第一接地面部分平行并且第二部分与辐射元件平行的方式而具有U形。不应认为这些修改脱离本发明的范围。旨在将本领域技术人员容易想到的所有这些修改包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (16)

1、一种天线装置，该天线装置用于至少可以在第一频带和第二频带中工作的便携式无线电通信装置，所述天线装置包括：
第一导电辐射元件，其具有馈电部分，所述馈电部分可以连接到所述无线电通信装置的馈电装置(RF)以馈送并接收射频信号；
与所述第一辐射元件隔开设置的第一接地面部分，
所述天线装置的特征在于：
第二接地面部分，
连接在所述第一接地面部分与所述第二接地面部分之间的高通滤波器，该高通滤波器允许所述射频信号通过，以及
可控开关，其设置在所述第一接地面部分与所述第二接地面部分之间以选择性地将所述第一接地面部分与所述第二接地面部分互连或断开。
2、根据权利要求1所述的天线装置，其中，
通过控制电压输入(VSwitch)来控制所述开关的状态。
3、根据权利要求1至2中的任一项所述的天线装置，其中，
所述辐射元件大致为平面。
4、根据权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一接地面部分和所述第二接地面部分法线平行地设置在同一平面中。
5、根据权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一接地面部分和所述第二接地面部分被设置为法线大致正交的大致正交关系。
6、根据权利要求1至5中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第二接地面部分包括用于向所述开关馈送所述控制电压的馈电部分。
7、根据权利要求6所述的天线装置，其中，
在所述馈电部分与所述第二接地面部分之间设置有滤波器。
8、根据权利要求6或7所述的天线装置，其中，
所述滤波器是低通滤波器，阻断频率等于和高于至少所述第一频带和所述第二频带中的较低频带的信号。
9、根据权利要求1至8中的任一项所述的天线装置，其中，所述开关包括PIN二极管。
10、根据权利要求1至9中的任一项所述的天线装置，该天线装置包括第二辐射元件。
11、根据权利要求10所述的天线装置，其中，
所述第二辐射元件具有提供多于一个的谐振频率的结构。
12、根据权利要求1至11中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一辐射元件具有提供多于一个的谐振频率的结构。
13、根据权利要求1至11中的任一项所述的天线装置，其中，
所述第一辐射元件包括到所述第一接地面部分的连接部。
14、一种便携式无线电通信装置，该便携式无线电通信装置包括根据权利要求1至13中的任一项所述的天线装置。
15、一种实现天线的多频带特性的方法，所述天线具有设置在第一接地面部分和第二接地面部分的上方的至少一个辐射元件，其中所述辐射元件连接到所述第一接地面部分、并且在所述第一接地面部分与所述第二接地面部分之间连接有高通滤波器，该高通滤波器允许射频信号通过，所述方法包括以下步骤：
将射频信号馈送到所述辐射元件；
对设置在所述第一接地面部分与所述第二接地面部分之间的开关进行操作，其中，使所述开关在第一模式中对射频信号开路并且在第二模式中对射频信号闭路，以改变所述天线的有效工作频带。
16、根据权利要求15所述的方法，其中，
通过在所述第二接地面部分上提供第一DC电压而将所述开关设置为所述第一模式，通过在所述接地面部分上提供第二DC电压而将所述开关设置为所述第二模式。
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